DE2930157A1

DE2930157A1 - Anlage zur gewinnung von waermeenergie fuer gebaeude aus sonneneinstrahlung.

Info

Publication number: DE2930157A1
Application number: DE19792930157
Authority: DE
Inventors: Hans-Joachim Ing.(grad.) 2400 Lübeck Mauff
Original assignee: MAUFF HANS JOACHIM ING GRAD
Current assignee: MAUFF HANS JOACHIM ING GRAD
Priority date: 1979-07-25
Filing date: 1979-07-25
Publication date: 1981-03-12
Also published as: DE2930157C2

Description

Anmelder: Ing.(grad.) Hans-Joachim Mauff, Dänischburger Landstr. 23b, 2400 Lübeck

Anlage zur Gewinnung von Wärmeenergie für Gebäude aus Sonneneinstrahlung

Die Erfindung betrifft eine Anlage zur Gewinnung von Wärmeenergie für Gebäude aus Sonneneinstrahlung, bestehend aus mindestens einem im wesentlichen plattenförmigen Vorbau aus transparentem Material, der mit Abstand vor einer Gebäudefläche angeordnet ist und diese gegen direkten Angriff durch wärmeabführenden Wind schützt.

Bei solchen Anlagen hat der Vorbau neben der Funktion, einen Schutz gegen äußere und Wärme abführende Witterungseinflüsse zu bilden, auch meist noch die Aufgabe, die Luft in dem zwischen der Gebäudefläche und dem Vorbau befindlichen Zwischenraum aufzuheizen und zu stauen, so daß eine relativ gute Beheizung der Gebäudewand und damit des Gebäudeinneren erreicht wird. Es ist auch bekannt, die in dem genannten Zwischenraum befindliche und durch den Vorbau mit Sonneneinstrahlung aufgeheizte Luft derart zu Heizzwecken auszunutzen, daß diese Luft ζ. Β. mit einem Gebläse

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über Kanäle entweder direkt in das Gebäude geleitet oder zu einem Wärmespeicher geführt wird, dem die gespeicherte Wärmeenergie bei Bedarf entnommen wird. Andererseits besteht auch die Möglichkeit, mit der aufgeheizten, Luft einen Wärme aus tauscher -" zur Bereitung von warmem Brauchwasser zu beaufschlagen.

Bei Anlagen dieser Art tritt insbesondere im Sommer bei starker Sonneneinstrahlung der Nachteil auf, daß die mit dem Vorbau abgedeckte Gebäudewand stark aufgeheizt wird und daß somit vor allem die auf der Sonnenseite gelegenen Innenräume des Gebäudes gerade dann beheizt werden, wenn eigentlich eine Kühlung wegen hoher Außentemperaturen angebracht wäre. Außerdem ist zu bemerken, daß die indirekte Nutzung der durch Sonneneinstrahlung vorhandenen Wärmeenergie nur unter relativ großen Verlusten erfolgen wird, daß also nur ein geringer Bruchteil dieser Energie an den Gebäudeort mit Wärmebedarf transportiert werden kann.

Die Aufgabe der Erfindung besteht in der Schaffung einer Anlage zur Gewinnung von Wärmeenergie aus Sonnenstrahlung, die eine äußerst günstige Ausnutzung der Strahlungswärme mit hohem Wirkungsgrad gestattet und mit der die Möglichkeit gegeben wird, die jeweils gewonnene Wärmeenergie wahlweise zum Aufheizen eines Gebäudes oder zur Bereitung von Warmwasser

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auszunutzen. Weiterhin soll die Anlage auch gewährleisten, daß einerseits ein gegebenenfalls unerwünschtes Aufheizen der Gebäudewände vermieden wird und andererseits die etwa bei Tage in der Gebäudewand gespeicherte Wärmeenergie bei Nacht oder bei zeitweilig fehlender Sonneneinstrahlung nicht ungenutzt an die Umgebung abgegeben wird.

Zur Lösung dieser Aufgabe wird von der eingangs erwähnten Anlage ausgegangen und diese nach der Erfindung so ausgebildet, daß der Vorbau als Mehrfachplatte mit wenigstens einem Hohlraum ausgebildet ist und daß jeder Hohlraum wahlweise mit Luft, mit einer die Sonneneinstrahlung stark absorbierenden oder mit einer die Einstrahlung stark reflektierenden Flüssigkeit füllbar ist. Zweckmäßigerweise wird die dem Vorbau benachbarte Gebäudefläche mit einem in hohem Maße wärmeabsorbierendem Belag versehen.

Für den Fall, daß sich im Hohlraum des transparenten Vorbaus Luft befindet, kann die Sonneneinstrahlung direkt auf den vorzugsweise schwarzen Belag der Gebäudefläche gelangen. Die durch den Vorbau gegebenen Reflexions-und Absorptionsverluste werden von dem für den Vorbau verwendeten Material und dem Einfallswinkel der Sonneneinstrahlung abhängen. Bei entsprechend günstigen Bedingungen werden jedoch zumindest etwa 85 % der einfallenden Sonnenstrahlung auf die Gebäudefläche treffen, wo sie wegen des schwarzen Belages im wesentlichen vollkommen absorbiert wird. Wenn die Luft in dem zwischen dem Vorbau und

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der Gebäudewand befindlichen Zwischenraum eine höhere Temperatur hat als die Gebäudewand bzw. der durch diese Außenwand begrenzte Gebäudeinnenraum, was im Falle eines Heizbetriebes normalerweise gegeben sein wird, so wird die vom Belag aufgenommene Wärme durch die Wand zum Innenraum hin geleitet und in diesen abgestrahlt.

Wenn umgekehrt die Lufttemperatur im erwähnten Zwischenraum niedriger als die der Wand ist, was etwa bei Nacht der Fall sein wird, so wird die Wand Wärme in den Zwischenraum abstrahlen und die dort befindliche Luft erwärmen. Um zu vermeiden, daß von der im Zwischenraum befindlichen Luftschicht ungehindert Wärmeenergie über den bei Füllung mit Luft relativ stark transparenten Vorbau nach außen an die Umgebung abgegeben wird und verloren geht, wird der Hohlraum des Vorbaus mit einer stark reflektierenden hellen bzw. weißen Flüssigkeit gefüllt. Das kann beispielsweise Wasser mit zugesetztem weißen Farbstoff sein.

Falls an sonnigen Tagen mit starker Sonneneinstrahlung eine Erwärmung des Gebäudes verhindert werden soll, kann der Vorbau ebenfalls mit der weißen Flüssigkeit aufgefüllt werden, so daß die von außen auf den Vorbau treffende Wärmestrahlung weitestgehend reflektiert wird und nicht erst auf die Gebäudewand gelangen kann.

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Schließlich besteht auch noch die Möglichkeit, den Hohlraum des Vorbaus anstelle von Luft oder weißer Flüssigkeit mit einer stark absorbierenden Flüssigkeit zu füllen, die beipielsweise eine Mischung aus Wasser mit schwarzem Farbstoff sein kann. Sie nimmt die von außen auftreffende Wärmestrahlung im wesentlichen vollständig auf und kann somit als Wärmespeicher bzw. Wärmeträger dienen. Die durch Strahlung aufgeheizte schwarze Flüssigkeit kann dann über einen an den Hohlraum des Vorbaus angeschlossenen Flüssigkeitskreislauf mit einer Pumpe beispielsweise zu einem Wärmeaustauscher transportiert werden, der Brauchwasser erwärmt. Andererseits könnte mit dieser aufgeheizten Flüssigkeit auch ein Wärmespeicher gespeist werden, von dem die gespeicherte Wärmeenergie bei Bedarf angefordert wird.

Weitere vorteilhafte Merkmale der Erfindung sind in den Unteransprüchen 2 bis 12 erwähnt, auf die hier zur Vermeidung von Wiederholungen bezug genommen wird.

In der anliegenden Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel für eine erfindungsgemäße Anlage vereinfacht und schematisch dargestellt. Nachdem die verschiedenen möglichen Betriebsarten der Anlage bereits vorher erläutert wurden, wird nachfolgend im wesentlichen nur noch auf den konstruktiven Aufbau im einzelnen eingegangen.

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Der Vorbau 1 hat die Form einer doppelwandigen Platte mit durch Stege begrenzten und vertikal verlaufenden Hohlräumen 2, die oben und unten miteinander in Verbindung stehen und dort in gemeinsamen Anschlüssen 1a, 1b enden. Es handelt sich hierbei um an sich bekannte Stegdoppelplatten aus Kunststoffmaterial mit relativ hohem Transmissionsgrad.

Die Platte 1 ist zur Bildung eines Zwischenraumes 3 mit Abstand vor einer Gebäudewand 4 aufgestellt, die auf ihrer dem Zwischenraum zugewandten Fläche mit einem schwarzen Belag 5 versehen ist, der leicht durch eine Beschichtung der betreffenden Gebäudeflache mit schwarzer Farbe hergestellt werden kann. Falls sich Luft im Hohlraum 2 des Vorbaus 1 befindet, wird die einfallende Sonnenstrahlung 6 ohne wesentlichen Verluste auf die schwarze Beschichtung 5 treffen, wobei natürlich klar ist, daß hierbei gewisse Strahlungsanteile der insgesamt auf die nach der Zeichnung rechts liegende Außenfläche der Platte 1 gelangende Strahlung durch Rfe flex ion ■>. und Absorption verloren gehen wird. Trotz allem wird der größte Anteil der ankommenden Strahlung von der Beschichtung 5 aufgenommen und als Wärmeenergie über die Wand 4 in das Innere 7 des Gebäudes gelangen können.

An den Hohlraum 2 bzw. an die äußeren Anschlüsse 1a, 1b des Vorbaus 1 ist ein Flüssigkeitskreislauf angeschlossen, in dem eine Pumpe 8 liegt, die über die Leitung a wahlweise

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und je nach Stellung des Ventils 9 aus einem schwarze Flüssigkeit aufnehmenden Tank 10 oder einem weiße Flüssigkeit aufnehmenden Tank 11 gespeist werden kann und die mit dem Ventil 9 angewählte Flüssigkeit über die Leitung b und das Ventil 12 von unten in den Anschlußstutzen 1a der Platte 1 pumpt, so daß die Flüssigkeit in die Hohlräume 2 gelangen wird. An dem oberen Anschluß 1b kann die Flüssigkeit wieder austreten und über die Leitungen c, d zu einem Wärmeaustauscher 13 gelangen. Von dort wird die jeweilige Flüssigkeit unter Schwerkraftwirkung über die Leitungen e, f in Abhängigkeit von der entsprechend zu wählenden Stellung des Ventils 14 in den zugehörigen Tank 10 oder 11 zurückgefördert.

Ein ständiger Flüssigkeitsumlauf wird vor allem dann in Betracht kommen,wenn schwarze Flüssigkeit im Vorbau 1 durch Sonnneeinstrahlung aufgeheizt und warmes Brauchwasser mit dem Wärmeaustauscher 13 erzeugt werden soll,, der der Zeichnung entsprechend mit einem Zulauf 13a und einem Ablauf 13b für das Brauchwasser ausgestattet ist.

Wie schon vorher erwähnt wurde, wird man im allgemeinen mit der schwarzen Flüssigkeit arbeiten, wenn warmes Brauchwasser bereitet werden soll. Wenn jedoch die Sonneneinstrahlung relativ stark ist, könnte man zu gleichen Zwecken auch mit der weißen Flüssigkeit arbeiten. Allerdings kommt der Anlagenbetrieb mit dieser weißen Flüssigkeit vor allem dann in Betracht, wenn

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beispielsweise bei Nacht verhindert werden soll, daß die bei Tage aufgeheizte Gebäudewand die in ihr gespeicherte Wärmeenergie durch Abstrahlung ungehindert an die Umgebung abgibt.

Zum Ablassen der jeweiligen Flüssigkeit aus dem Vorbau 1 wird das Ventil 12 entsprechend umgestellt, so daß die Flüssigkeit über die Leitung g zum Ventil 14 und je nach dessen Stellung in den für diese Flüssigkeit bestimmten Tank abfließen wird.

Da es nicht auszuschließen ist, daß sich nach Entleerung des Vorbaus 1 noch Reste der weißen oder schwarzen Flüssigkeit im Hohlraum 2 befinden und da auch die sonst noch zum Flüssigkeitskreis gehörenden Leitungen und Bauteile frei von solchen Rückständen sein sollten, bevor später von einer Flüssigkeit auf die andere umgestellt wird, wird ein gesonderter Spülkreis vorgesehen, in dem bei geschlossenem Ventil 9 eine klares Wasser führende Leitung h über das zu öffnende Ventil 15 auf den Eingang der Pumpe 8 geschaltet wird. Die Pumpe drückt dann Spülwasser durch die Leitung b in die Hohlräume 2 des Vorbaus 1 und auf vorher beschriebene Weise weiter durch den Flüssigkeitskreis bis in die Leitung e₇ aus der das Spülwasser schließlich über den geöffneten Ablaßhahn 16 abfließen kann. Das Ventil 14 ist so zu stellen, daß kein Spülwasser über die Leitung f in die Tanks 10, 11 gelangen kann.

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Der Zwischenraum 3 ist zu Be- und Entlüftungszwecken oben und unten offen bzw. mit öffnungen versehen, wobei der Querschnitt der unteren Öffnung mit einer Klappe 17 bis zum vollständigen Schließen eingeregelt werden kann. Beispielsweise wird die Klappe 17 vollständig geöffnet, wenn kein Heizeffekt gewünscht wird. Im übrigen sollten die oberen und unteren öffnungen des Zwischenraums 3 ständig mit den gestrichelt angedeuteten Gittern 1c, 1d abgedeckt sein, um ein Eindringen von Verschmutzungen und Ins ekten in den Raum 3 zu verhindern.

An den Zwischenraum 3 kann über den in der Wand 4 befindlichen Kanal 4a ein Ventilator 18 angeschlossen sein, der die im Zwischenraum befindliche Warmluft zu einem Luft-Wasser-Wärmeaustauscher 19 fördert, mit dem beispielsweise ebenfalls Brauchwasser erwärmt werden kann. Dabei strömt das Brauchwasser über den Anschluß 19a ein und über den Anschluß 19b aus.

Wenn beispielsweise im Sommer bei relativ starker Sonneneinstrahlung ein Aufheizen der Gebäudewand 4 nicht erwünscht ist, könnte die Beschichtung 5 von oben über eine Sprüheinrichtung mit Wasser zu Kühlzwecken beaufschlagt werden. Dieses Wasser wird bei geöffnetem Ventil 21 der Wasserleitung h entnommen.

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Die Steuerung der gesamten Anlage kann zwar grundsätzlich von Hand erfolgen, obwohl eine automatische Steuerung einerseits durch ein fest vorgegebenes Programm oder andererseits durch ein variables Programm vorzuziehen sein wird. Zu diesem Zweck werden die jeweiligen Ventile, Hähne und dergleichen unter anderem in Abhängigkeit von Temperaturfühlern so geregelt, daß in Abhängigkeit von den Witterungsbedingungen stets ein optimaler Effekt erzielt wird.

Abschließend sei noch auf folgendes hingewiesen.Der Vorbau 1 besteht der Darstellung entsprechend aus zwei Außenplatten, die zwischen sich die durch Stege begrenzten Hohlräume 2 einschließen. Es ist verständlich, daß der Vorbau 1 auch aus mehr als zwei solchen Platten aufgebaut sein kann. Weiterhin könnte der Vorbau 1 auch um eine untere vertikale Achse kippbar gelagert sein, so daß er beispielsweise bei der Montage oder bei eventuellen Reparaturen aus der senkrechten Stellung in die waagerechte und zurück verschwenkt werden kann. Außerdem besteht die Möglichkeit, der betreffenden Gebäudefläche mehrere Vorbauten 1 zuzuordnen, die im Hinblick auf ihre Hohlräume parallel oder in Reihe geschaltet werden. Im übrigen müssen solche Vorbauten nicht notwendigerweise und nur vor senkrechten Gebäudewänden aufgestellt werden, da auch eine Anbringung auf Dächern ohne weiteres möglich ist.

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Wenn es die Witterungsverhältnisse am vorgesehenen Einbauort der Anlage erwarten lassen, daß die weiße Flüssigkeit ausreichend Wärmeenergie zur Bereitung von Brauchwasser aufnehmen wird, könnte gegebenenfalls auf die Möglichkeit verzichtet werden, den Vorbau 2 mit der stark wärmeabsorbierenden schwarzen oder auch grauen Flüssigkeit beschicken zu können. Andererseits könnte man auch auf den Betrieb der Anlage mit weißer Flüssigkeit verzichten, wenn dies den gegebenen Umständen entsprechend zweckmäßig erscheint.

Schließlich muß die im Vorbau 1 aufgeheizte Flüssigkeit nicht nur zur Aufbereitung von Brauchwasser ausgewertet werden, da mit diesem Wasser u.a. auch eine Fußbodenheizung betrieben oder eine Wärmepumpe gespeist werden kann.

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Leerseite

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Anmelder: Ing« Cgrad.) Hans-Joachim Mauff, Dänischburger Landstr. 23b, 2400 Lübeck

Ansprüche

n.jAnlage zur Gewinnung von Wärmeenergie für Gebäude aus Sonneneinstrahlung, bestehend aus mindestens einem im wesentlichen plattenförmigen Vorbau aus transparentem Material, der mit Abstand vor einer Gebäudefläche angeordnet ist und diese gegen direkten Angriff durch wärmeabführenden Wind schützt, dadurch gekennzeichnet, daß der Vorbau (1) als Mehrfachplatte mit wenigstens einem Hohlraum (2) ausgebildet ist und daß jeder Hohlraum wahlweise mit Luft, mit einer die Einstrahlung stark absorbierenden oder mit einer die Einstrahlung stark reflektierenden Flüssigkeit füllbar ist.
2. Anlage nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die dem Vorbau gegenüberliegende Gebäudefläche mit einem in hohem Maße wärmeabsorbierndem Belag (.5) versehen ist.

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3. Anlage nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß an den Hohlraum (2) ein Flüssigkeitskreis angeschlossen ist, in den ein Wärmeaustauscher (13) zur Bereitung von Warmwasser oder ein Wärmespeicher eingeschaltet ist.
4. Anlage nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß zur gesonderten Aufnahme der beiden genannten Flüssigkeiten zwei Tanks (10, 11) vorgesehen sind, aus denen die jeweils gewählte Flüssigkeit durch eine Pumpe (8) im Kreislauf durch den Vorbau (1) gepumpt wird.
5. Anlage nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die eine Flüssigkeit eine helle bzw. weiße Farbe und die andere Flüssigkeit eine schwarze oder graue Farbe hat.
6. Anlage nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß an den Hohlraum (.1) und den Flüssigkeitskreis ein Spülkreis anschließbar ist, in^-dem eine Spülwasser leitung (4) auf den Eingang der Pumpe: (8) geschaltet wird.

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ORIGINAL INSPECTED
7. Anlage nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß als Vorbau (1) eine Doppelplatte mit durch Längsstege begrenzten Hohlräumen (2) vorgesehen ist, die vertikal verlaufen, oben und unten miteinander in kommunizierender Verbindung stehen und in gemeinsamen Anschlüssen (1a, 1b) enden.
8. Anlage nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß der zwischen dem Vorbau (1) und der benachbarten Gebäudefläche bestehende Zwischenraum (3) zu Be- und Entlüftungszwecken oben und unten offen ist bzw. eine Öffnung hat und daß zumindest die untere Öffnung bis zum vollständigen Schließen einstellbar ist.
9. Anlage nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die oberen und unteren Öffnungen ständig mit einem Gitter überdeckt sind.
10. Anlage nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß an den genannten Zwischenraum (3) ein Ventilator (18) angeschlossen ist, der die im Zwischenraum befindliche Luft zu einem Luft-Wasser-Wärmeaustauscher (19) fördert.
11. Anlage nach einem der Ansprüche 2 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Beschichtung (5) der Gebäudefläche aus

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gesondert aufgetragener schwarzer Farbe besteht.
12. Anlage nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß die dem Vorbau (1) gegenüberliegende Gebäudefläche bzw. Beschichtung (5) zu Kühlzwecken mit Wasser bespülbar ist.

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